Fins i tot una persona sense interès per l'espai ha vist mai una pel·lícula sobre viatges espacials o ha llegit sobre aquestes coses als llibres. En gairebé totes aquestes obres, la gent camina al voltant del vaixell, dorm amb normalitat i no té problemes per menjar. Això vol dir que aquests vaixells - de ficció - tenen gravetat artificial. La majoria dels espectadors ho perceben com una cosa completament natural, però no ho és en absolut.
Gravetat artificial
Aquest és el nom del canvi (en qualsevol direcció) de la gravetat que ens és familiar mitjançant l'aplicació de diversos mètodes. I això no només es fa en obres fantàstiques, sinó també en situacions terrenals molt reals, sovint per a experiments.
En teoria, la creació de gravetat artificial no sembla tan difícil. Per exemple, es pot recrear amb l'ajuda de la inèrcia, més precisament, la força centrífuga. La necessitat d'aquest poder no va sorgir ahir: va passar immediatament, tan bon punt una persona va començar a somiar amb vols espacials a llarg termini. CreacióLa gravetat artificial a l'espai permetrà evitar molts problemes que sorgeixen durant una estada prolongada en ingravidesa. Els músculs dels astronautes es debiliten, els ossos es tornen menys forts. Viatjant en aquestes condicions durant mesos, pots patir atròfia d'alguns músculs.
Així, avui la creació de la gravetat artificial és una tasca de gran importància, l'exploració espacial sense aquesta habilitat és simplement impossible.
Materials
Fins i tot aquells que només coneixen física al nivell del currículum escolar entenen que la gravetat és una de les lleis fonamentals del nostre món: tots els cossos interactuen entre ells, experimentant atracció/repulsió mútua. Com més gran sigui el cos, més gran serà la seva força d'atracció.
La Terra per a la nostra realitat és un objecte molt massiu. Per això, sense excepció, tots els cossos que l'envolten se senten atrets per això.
Per a nos altres, això significa l'acceleració de la caiguda lliure, que normalment es mesura en g, igual a 9,8 metres per segon quadrat. Això vol dir que si no tinguéssim suport sota els peus, cauríem a una velocitat que augmenta 9,8 metres cada segon.
Així, només gràcies a la gravetat som capaços de parar-nos, caure, menjar i beure amb normalitat, entendre on està amunt, on està avall. Si la gravetat desapareix, estarem en gravetat zero.
Els astronautes que es troben a l'espai en un estat d'elevació: caiguda lliure estan especialment familiaritzats amb aquest fenomen.
Teòricament, els científics saben com crear gravetat artificial. Existeixdiverses tècniques.
Gran missa
L'opció més lògica és fer que la nau espacial sigui tan gran que tingui gravetat artificial. Serà possible sentir-se còmode a la nau, ja que no es perdrà l'orientació a l'espai.
Per desgràcia, aquest mètode amb el desenvolupament modern de la tecnologia no és realista. Construir un objecte com aquest requereix massa recursos. A més, necessitarà una quantitat increïble d'energia per aixecar-lo.
Accelera
Sembla que si es vol aconseguir una g igual a la terrestre, només cal donar forma plana (plataforma) a la nau i fer-la moure perpendicularment al pla amb l'acceleració desitjada. D'aquesta manera s'obtindrà la gravetat artificial, ideal.
No obstant això, la realitat és molt més complicada.
Primer de tot, val la pena tenir en compte el problema del combustible. Perquè l'estació s'acceleri constantment, és necessari disposar d'una font d'alimentació ininterrompuda. Fins i tot si de sobte apareix un motor que no expulsa matèria, la llei de conservació de l'energia romandrà vigent.
El segon problema és la idea mateixa de l'acceleració constant. Segons els nostres coneixements i lleis físiques, és impossible accelerar fins a l'infinit.
A més, aquests vehicles no són adequats per a missions de recerca, ja que han d'accelerar constantment - volar. No podrà aturar-se a estudiar el planeta, ni tan sols podrà volar lentament al seu voltant: necessita accelerar.
AixíAixí, queda clar que aquesta gravetat artificial encara no està disponible per a nos altres.
Carrusel
Tothom sap com afecta el cos la rotació del carrusel. Per tant, un dispositiu de gravetat artificial segons aquest principi sembla ser el més realista.
Tot el que es troba en el diàmetre del carrusel tendeix a caure'n a una velocitat aproximadament igual a la velocitat de gir. Resulta que una força actua sobre el cos, dirigida al llarg del radi de l'objecte en rotació. És molt semblant a la gravetat.
Per tant, necessites un vaixell que tingui forma cilíndrica. Al mateix temps, ha de girar al voltant del seu eix. Per cert, la gravetat artificial en una nau espacial, creada d'acord amb aquest principi, sovint es mostra a les pel·lícules de ciència-ficció.
Un vaixell en forma de barril, que gira al voltant de l'eix longitudinal, crea una força centrífuga, la direcció de la qual correspon al radi de l'objecte. Per calcular l'acceleració resultant, cal dividir la força per la massa.
No serà difícil per a les persones que coneixen física calcular això: a=ω²R.
En aquesta fórmula, el resultat del càlcul és l'acceleració, la primera variable és la velocitat nodal (mesurada en radians per segon), la segona és el radi.
Segons això, per obtenir la g habitual, cal combinar correctament la velocitat angular i el radi del transport espacial.
Aquest problema es tracta en pel·lícules com "Intersol", "Babylon 5", "2001: A Space Odyssey" i similars. En tots aquests casosla gravetat artificial està a prop de l'acceleració de caiguda lliure de la Terra.
Per molt bona que sigui la idea, és bastant difícil implementar-la.
Problemes del mètode del carrusel
El problema més evident es destaca a A Space Odyssey. El radi del "portador espacial" és d'uns 8 metres. Per obtenir una acceleració de 9,8, la rotació ha de produir-se a una velocitat d'aproximadament 10,5 revolucions cada minut.
Als valors indicats es manifesta l'"efecte Coriolis", que consisteix en que diferents forces actuen a diferents distàncies del terra. Depèn directament de la velocitat angular.
Resulta que es crearà gravetat artificial a l'espai, però una rotació massa ràpida de la funda comportarà problemes amb l'oïda interna. Això, al seu torn, provoca desequilibris, problemes amb l'aparell vestibular i altres problemes similars.
L'aparició d'aquesta barrera suggereix que aquest model no té èxit.
Podeu intentar anar des del contrari, com van fer a la novel·la "The World-Ring". Aquí la nau està feta en forma d'anell, el radi del qual és proper al radi de la nostra òrbita (uns 150 milions de km). Amb aquesta mida, la seva velocitat de rotació és suficient per ignorar l'efecte Coriolis.
Podeu suposar que el problema està resolt, però no ho és en absolut. El fet és que una rotació completa d'aquesta estructura al voltant del seu eix triga 9 dies. Això permet suposar que les càrregues seran massa grans. Per tal dela construcció els va resistir, cal un material molt resistent, que avui no tenim a la nostra disposició. A més, el problema és la quantitat de material i el procés de construcció en si.
En jocs de temàtica similar, com a la pel·lícula "Babylon 5", aquests problemes es resolen d'alguna manera: la velocitat de rotació és prou suficient, l'efecte Coriolis no és significatiu, hipotèticament és possible crear un vaixell així..
No obstant això, fins i tot aquests mons tenen un inconvenient. El seu nom és impuls.
La nau, girant al voltant del seu eix, es converteix en un enorme giroscopi. Com sabeu, és extremadament difícil fer que el giroscopi es desviï de l'eix a causa del moment angular. És important que la seva quantitat no surti del sistema. Això vol dir que serà molt difícil establir la direcció d'aquest objecte. Tanmateix, aquest problema es pot resoldre.
Resolució de problemes
La gravetat artificial en una estació espacial està disponible quan el "cilindre O'Neill" ve al rescat. Per crear aquest disseny, es necessiten vaixells cilíndrics idèntics, connectats al llarg de l'eix. Han de girar en diferents direccions. El resultat d'aquest muntatge és un moment angular zero, de manera que no hi hauria d'haver cap dificultat per donar al vaixell la direcció desitjada.
Si és possible fer un vaixell amb un radi d'uns 500 metres, llavors funcionarà exactament com hauria de ser. Al mateix temps, la gravetat artificial a l'espai serà força còmoda i adequada per a vols llargs en vaixells o estacions de recerca.
Enginyers espacials
Els creadors del joc coneixen com es crea la gravetat artificial. Tanmateix, en aquest món de fantasia, la gravetat no és l'atracció mútua dels cossos, sinó una força lineal dissenyada per accelerar objectes en una direcció determinada. L'atracció aquí no és absoluta, canvia quan es redirigeix la font.
La gravetat artificial a l'estació espacial es crea mitjançant un generador especial. És uniforme i equidireccional a la zona del generador. Per tant, al món real, si et trobes un vaixell que té un generador instal·lat, et tirarien cap al casc. Tanmateix, al joc, l'heroi caurà fins que surti del perímetre del dispositiu.
Avui, la gravetat artificial a l'espai, creada per aquest dispositiu, és inaccessible per a la humanitat. Tanmateix, fins i tot els desenvolupadors de cabells grisos no deixen de somiar-ho.
Generador esfèric
Aquesta és una versió més realista de l'equip. Quan s'instal·la, la gravetat té una direcció cap al generador. Això permet crear una estació, la gravetat de la qual serà igual a la planetària.
Centrífuga
Avui, la gravetat artificial a la Terra es troba en diversos dispositius. Es basen, majoritàriament, en la inèrcia, ja que aquesta força la sentim de manera semblant als efectes gravitatoris: el cos no distingeix què provoca l'acceleració. A tall d'exemple: una persona que puja en un ascensor experimenta l'efecte de la inèrcia. A través dels ulls d'un físic: aixecar un ascensor afegeix a l'acceleració de la caiguda lliure l'acceleració del cotxe. A la tornadacabines a un moviment mesurat "guany" de pes desapareix, retornant les sensacions habituals.
Els científics fa temps que s'interessen per la gravetat artificial. La centrífuga s'utilitza més sovint per a aquests propòsits. Aquest mètode és adequat no només per a naus espacials, sinó també per a estacions terrestres en què cal estudiar l'efecte de la gravetat en el cos humà.
Estudia a la Terra, sol·licita't a…
Tot i que l'estudi de la gravetat va començar des de l'espai, és una ciència molt mundana. Encara avui, els èxits en aquest àmbit han trobat la seva aplicació, per exemple, en medicina. Sabent si és possible crear gravetat artificial al planeta, es pot utilitzar per tractar problemes amb l'aparell motor o el sistema nerviós. A més, l'estudi d'aquesta força es porta a terme principalment a la Terra. Això fa possible que els astronautes realitzin experiments mentre romanen sota l'atenció dels metges. Una altra cosa és la gravetat artificial a l'espai, no hi ha gent que pugui ajudar els astronautes en cas d'una situació imprevista.
Donada la ingravidesa total, no es pot tenir en compte un satèl·lit en òrbita terrestre baixa. Aquests objectes, encara que en petita mesura, es veuen afectats per la gravetat. La força de gravetat generada en aquests casos s'anomena microgravetat. La gravetat real només s'experimenta en un aparell que vola a una velocitat constant a l'espai exterior. Tanmateix, el cos humà no sent aquesta diferència.
Podeu experimentar ingravidesa durant un s alt de llargada (abans que s'obri el dosser) o durant un descens parabòlic de l'avió. Aquests experimentssovint es fa als EUA, però en un avió aquesta sensació només dura 40 segons; això és massa curt per a un estudi complet.
A l'URSS l'any 1973 sabien si era possible crear gravetat artificial. I no només el va crear, sinó que també el va canviar d'alguna manera. Un exemple viu de disminució artificial de la gravetat és la immersió en sec, la immersió. Per aconseguir l'efecte desitjat, cal posar una pel·lícula densa a la superfície de l'aigua. La persona es col·loca a sobre. Sota el pes del cos, el cos s'enfonsa sota l'aigua, només queda el cap per sobre. Aquest model demostra el suport de baixa gravetat que es troba a l'oceà.
No cal anar a l'espai per sentir l'efecte de la força oposada de la ingravidez: la hipergravetat. En enlairar i aterrar una nau espacial, en una centrífuga, no només podeu sentir la sobrecàrrega, sinó també estudiar-la.
Tractament per gravetat
La física gravitacional estudia, entre altres coses, l'impacte de la ingravidesa en el cos humà, buscant minimitzar-ne les conseqüències. Tanmateix, un gran nombre d'assoliments d'aquesta ciència poden ser útils per als habitants normals del planeta.
Els metges posen grans esperances en la investigació sobre el comportament dels enzims musculars en la miopatia. Aquesta és una mal altia greu que porta a la mort prematura.
Amb exercicis físics actius, una gran quantitat de l'enzim creatinofosfoquinasa entra a la sang d'una persona sana. El motiu d'aquest fenomen no està clar, potser la càrrega actua sobre la membrana cel·lular de tal manera que"perfora". Els pacients amb miopatia tenen el mateix efecte sense exercici. Les observacions dels astronautes mostren que en la ingravidesa el flux de l'enzim actiu a la sang es redueix significativament. Aquest descobriment suggereix que l'ús de la immersió reduirà l'impacte negatiu dels factors que condueixen a la miopatia. Actualment s'estan fent proves amb animals.
El tractament d'algunes mal alties ja s'està duent a terme avui a partir de dades obtingudes de l'estudi de la gravetat, inclosa la artificial. Per exemple, la paràlisi cerebral, els ictus, el Parkinson es tracten mitjançant l'ús de vestits de càrrega. Investigació sobre l'impacte positiu del suport: la sabata pneumàtica està gairebé acabada.
Volarem a Mart?
Els últims èxits dels astronautes donen esperança per a la realitat del projecte. Hi ha experiència de suport mèdic per a una persona durant una llarga estada lluny de la Terra. Els vols de recerca a la Lluna, en els quals la força de gravetat és 6 vegades menor que la nostra, també han aportat molts beneficis. Ara els astronautes i els científics s'estan marcant un nou objectiu: Mart.
Abans de fer cua per obtenir un bitllet al Planeta Roig, hauríeu de saber què espera el cos ja a la primera etapa del treball, en camí. De mitjana, el camí cap al planeta desert trigarà un any i mig, uns 500 dies. Durant el camí, només hauràs de confiar en les teves pròpies forces, simplement no hi ha on esperar ajuda.
Molts factors minaran la força: l'estrès, la radiació, la manca de camp magnètic. La prova més important per al cos és el canvi de gravetat. Durant el viatge, una persona "es coneix".diversos nivells de gravetat. En primer lloc, es tracta de sobrecàrregues durant l'enlairament. Després - ingravidesa durant el vol. Després d'això, hipogravetat a la destinació, ja que la gravetat a Mart és menys del 40% de la Terra.
Com s'aborden els efectes negatius de la ingravidesa en un vol llarg? S'espera que els desenvolupaments en el camp de la creació de gravetat artificial ajudin a resoldre aquest problema en un futur proper. Els experiments amb rates que viatgen a Kosmos-936 mostren que aquesta tècnica no resol tots els problemes.
L'experiència de OS ha demostrat que l'ús de complexos d'entrenament que poden determinar la càrrega necessària per a cada astronauta individualment pot aportar molts més beneficis al cos.
Fins ara es creu que no només els investigadors volaran a Mart, sinó també els turistes que volen establir una colònia al Planeta Roig. Per a ells, almenys al principi, les sensacions d'estar en ingravidesa superaran tots els arguments dels metges sobre els perills d'una exposició prolongada a aquestes condicions. Tanmateix, també necessitaran ajuda d'aquí a unes setmanes, per això és tan important poder trobar una manera de crear gravetat artificial en una nau espacial.
Resultats
Quines conclusions es poden extreure sobre la creació de gravetat artificial a l'espai?
D'entre totes les opcions que es consideren actualment, l'estructura giratòria sembla la més realista. Tanmateix, amb la comprensió actual de les lleis físiques, això és impossible, ja que el vaixell no és un cilindre buit. A l'interior hi ha superposicions que interfereixen amb la realització d'idees.
A més, el radi de la nau hauria de ser aixígran perquè l'efecte Coriolis no tingui un efecte significatiu.
Per controlar una cosa com aquesta, necessiteu el cilindre O'Neill esmentat anteriorment, que us donarà la possibilitat de controlar la nau. En aquest cas, augmenten les possibilitats d'utilitzar un disseny semblant per als vols interplanetaris que proporcioni a la tripulació un nivell de gravetat còmode.
Abans que la humanitat aconsegueixi fer realitat els seus somnis, m'agradaria veure una mica més de realisme i encara més coneixement de les lleis de la física a la ciència-ficció.
